KR102397015B1 - Stimulator and method for controling stimulator - Google Patents

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Abstract

자극기 및 자극기 제어 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 자극기 제어 방법은 미리 정해진 자극 신호에 반응하는 자극 대상의 생체 피드백에 기초하여, 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하고, 결정된 파형의 자극 신호를 자극 대상에 인가함으로써 측정되는 전압 파형에 기초하여, 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하고, 결정된 파형 및 생체 임피던스에 기초하여, 자극기의 동작 전압을 결정하는 단계들을 포함한다.A stimulator and a method for controlling a stimulator are disclosed. The method for controlling a stimulator according to an embodiment includes determining a waveform of a stimulation signal for a stimulation target based on a bio-feedback of the stimulation target in response to a predetermined stimulation signal, and applying the stimulation signal of the determined waveform to the stimulation target. calculating a bio-impedance of the stimulation target based on the voltage waveform, and determining an operating voltage of the stimulator based on the determined waveform and the bio-impedance.

Description

자극기 및 자극기 제어 방법{STIMULATOR AND METHOD FOR CONTROLING STIMULATOR}A stimulator and a method for controlling a stimulator

아래 실시예들은 자극기 및 자극기 제어 방법에 관한 것이다.The following embodiments relate to a stimulator and a method for controlling the stimulator.

자극기(stimulator)는 뇌, 심장, 및 근육 등의 신체 부위에 전기 자극(electrical stimulation)을 가할 수 있다. 전기 자극이 가해진 신체 부위에서 반응이 발생할 수 있고, 이러한 반응에 따라 치료, 재활 및 미용 등이 행해질 수 있다. 예를 들어, 자극기는 마비된 근육에 적절한 강도의 전기 자극을 가하여 해당 근육의 기능을 회복시킬 수 있다. 자극기는 동작 전압에 기초하여 미리 정해진 파형의 전류를 신체 부위에 인가할 수 있다. 신체 부위에 따라 임피던스 등의 특성이 다를 수 있는데, 자극기의 동작 전압이 신체 부위 별 특성과 무관하게 결정된다면, 자극기의 전력 효율이 낮아질 수 있다.A stimulator can apply electrical stimulation to parts of the body, such as the brain, heart, and muscles. A reaction may occur in a body part to which electrical stimulation is applied, and treatment, rehabilitation, beauty, etc. may be performed according to the reaction. For example, the stimulator may restore a function of a paralyzed muscle by applying electrical stimulation of an appropriate intensity to the muscle. The stimulator may apply a current of a predetermined waveform to the body part based on the operating voltage. Characteristics such as impedance may be different according to body parts. If the operating voltage of the stimulator is determined regardless of the characteristics of each body part, the power efficiency of the stimulator may be lowered.

일 측에 따르면, 자극기 제어 방법은 미리 정해진 자극 신호에 반응하는 자극 대상의 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계; 상기 결정된 파형의 자극 신호를 상기 자극 대상에 인가함으로써 측정되는 전압 파형에 기초하여, 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하는 단계; 상기 결정된 파형 및 상기 생체 임피던스에 기초하여, 자극기(stimulator)의 동작 전압을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 파형 및 상기 동작 전압에 기초하여, 상기 자극기를 제어하는 단계를 포함한다.According to one aspect, a method for controlling a stimulator may include: determining a waveform of a stimulation signal for a stimulation target based on a bio-feedback of the stimulation target in response to a predetermined stimulation signal; calculating the bio-impedance of the stimulation target based on a voltage waveform measured by applying the stimulation signal of the determined waveform to the stimulation target; determining an operating voltage of a stimulator based on the determined waveform and the bioimpedance; and controlling the stimulator based on the determined waveform and the operating voltage.

상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계는 상기 미리 정해진 자극 신호의 자극 세기 및 자극 시간을 조절하여 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the waveform of the stimulation signal for the stimulation target may include determining the waveform of the stimulation signal for the stimulation target by adjusting the stimulation intensity and stimulation time of the predetermined stimulation signal.

상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계는 미리 정해진 최대 자극 시간 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 세기를 결정하는 단계; 상기 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 시간을 결정하는 단계; 및 상기 최적 자극 세기 및 상기 최적 자극 시간에 기초하여 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the waveform of the stimulation signal for the stimulation target may include: an optimal stimulation intensity for minimizing power consumption of the stimulation apparatus based on a predetermined maximum stimulation time and a biological feedback regarding the stimulation signal based on a gradually increasing stimulation strength determining a; determining an optimal stimulation time for minimizing power consumption of the stimulator based on the bio-feedback regarding the stimulation signal based on the optimal stimulation intensity and gradually increasing stimulation time; and determining a waveform of a stimulation signal for the stimulation target based on the optimum stimulation intensity and the optimum stimulation time.

상기 최적 자극 세기를 결정하는 단계는 상기 미리 정해진 최대 자극 시간 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 반응하는 최초의 생체 피드백을 감지하는 단계; 상기 최초의 생체 피드백이 감지된 자극 세기를 리오베이스 전류(Rheobase current)로 결정하는 단계; 및 상기 최적 자극 세기를 상기 리오베이스 전류의 2배로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 최적 자극 시간을 결정하는 단계는 상기 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 반응하는 최초의 생체 피드백을 감지하는 단계; 상기 최초의 생체 피드백이 감지된 자극 시간을 크로낙시에 시간(Chronaxie time)으로 결정하는 단계; 및 상기 최적 자극 시간을 상기 크로낙시에 시간으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the optimal stimulus intensity may include: detecting an initial biofeedback in response to a stimulus signal based on the predetermined maximum stimulus time and gradually increasing stimulus intensity; determining the stimulus intensity detected by the first biofeedback as a Rheobase current; and determining the optimal stimulation intensity to be twice the riobase current. The determining of the optimal stimulation time may include: detecting an initial bio-feedback in response to a stimulation signal based on the optimal stimulation intensity and the gradually increasing stimulation time; determining the stimulation time at which the first biofeedback is sensed as Chronaxie time; and determining the optimal stimulation time as the chronaxie time.

상기 자극 대상의 생체 임피던스는 상기 자극 대상의 저항(resistance) 및 전기용량(capacitance)을 포함할 수 있다. 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하는 단계는 상기 전압 파형에서 제1 지점의 전압 및 제2 지점의 전압을 검출하는 단계; 및 상기 제1 지점의 전압 및 상기 제2 지점의 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 저항 및 전기용량을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하는 단계는 상기 결정된 파형의 자극 신호에 의한 전하 주입(charge injection) 이후 측정되는 제1 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 저항을 계산하는 단계; 및 상기 결정된 파형의 자극 신호에 의한 전하 추출(charge extraction) 이후 측정되는 제2 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 전기용량을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.The bioimpedance of the stimulation target may include resistance and capacitance of the stimulation target. Calculating the bioimpedance of the stimulation target may include: detecting a voltage at a first point and a voltage at a second point in the voltage waveform; and calculating the resistance and capacitance of the stimulation target based on the voltage of the first point and the voltage of the second point. Calculating the bioimpedance of the stimulation target may include: calculating the resistance of the stimulation target based on a first voltage measured after charge injection by the stimulation signal of the determined waveform; and calculating the capacitance of the stimulation target based on a second voltage measured after charge extraction by the stimulation signal of the determined waveform.

상기 자극기의 동작 전압을 결정하는 단계는 상기 결정된 파형 및 상기 생체 임피던스에 기초하여, 상기 자극기의 컴플라이언스 전압(compliance voltage)을 계산하는 단계; 및 상기 자극기의 동작 전압을 상기 자극기의 컴플라이언스 전압보다 높게 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the operating voltage of the stimulator may include: calculating a compliance voltage of the stimulator based on the determined waveform and the bio-impedance; and determining an operating voltage of the stimulation apparatus to be higher than a compliance voltage of the stimulation apparatus.

일 측에 따르면, 자극기는 미리 정해진 자극 신호에 반응하는 자극 대상의 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하고, 상기 결정된 파형의 자극 신호를 상기 자극 대상에 인가함으로써 측정되는 전압의 파형에 기초하여, 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하고, 상기 결정된 파형 및 상기 생체 임피던스에 기초하여, 자극기(stimulator)의 동작 전압을 결정하는 컨트롤러를 포함한다.According to one side, the stimulator determines the waveform of the stimulation signal for the stimulation target based on the bio-feedback of the stimulation target in response to a predetermined stimulation signal, and measures by applying the stimulation signal of the determined waveform to the stimulation target and a controller that calculates the bio-impedance of the stimulation target based on a waveform of the applied voltage, and determines an operating voltage of a stimulator based on the determined waveform and the bio-impedance.

상기 컨트롤러는 상기 미리 정해진 자극 신호의 자극 세기 및 자극 시간을 조절하여 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정할 수 있다. 상기 컨트롤러는 미리 정해진 최대 자극 시간 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 세기를 결정하고, 상기 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 시간을 결정하고, 상기 최적 자극 세기 및 상기 최적 자극 시간에 기초하여 상기 자극 신호의 파형을 결정할 수 있다.The controller may determine the waveform of the stimulation signal for the stimulation target by adjusting the stimulation intensity and stimulation time of the predetermined stimulation signal. The controller determines an optimal stimulus intensity for minimizing power consumption of the stimulator based on a bio-feedback regarding a stimulus signal based on a predetermined maximum stimulus time and gradually increasing stimulus intensity, the optimal stimulus intensity and gradually Based on the biofeedback regarding the stimulation signal based on the increasing stimulation time, an optimum stimulation time for minimizing power consumption of the stimulation apparatus is determined, and a waveform of the stimulation signal is determined based on the optimum stimulation intensity and the optimum stimulation time. can decide

상기 전압 파형에서 제1 지점의 전압 및 제2 지점의 전압을 검출하고, 상기 제1 지점의 전압 및 상기 제2 지점의 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 결정할 수 있다.A voltage of a first point and a voltage of a second point may be detected in the voltage waveform, and the bio-impedance of the stimulation target may be determined based on the voltage of the first point and the voltage of the second point.

상기 자극 대상의 생체 임피던스는 상기 자극 대상의 저항(resistance) 및 전기용량(capacitance)을 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 결정된 파형의 자극 신호에 의한 전하 주입(charge injection) 이후 측정되는 제1 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 저항을 계산하고, 상기 결정된 파형의 자극 신호에 의한 전하 추출(charge extraction) 이후 측정되는 제2 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 전기용량을 계산할 수 있다.The bioimpedance of the stimulation target includes resistance and capacitance of the stimulation target, and the controller is based on a first voltage measured after charge injection by the stimulation signal of the determined waveform Thus, the resistance of the stimulation target may be calculated, and the capacitance of the stimulation target may be calculated based on the second voltage measured after charge extraction by the stimulation signal of the determined waveform.

상기 자극기는 상기 자극 대상의 측정 포인트에서 상기 생체 피드백을 검출하는 피드백 검출기를 더 포함할 수 있다. 상기 자극기는 상기 미리 정해진 자극 신호 및 상기 결정된 파형의 자극 신호 중 적어도 하나를 상기 자극 대상에 인가하는 디지털 아날로그 변환기; 및 상기 디지털 아날로그 변환기에 상기 자극기의 동작 전압을 공급하는 전원 공급기를 더 포함할 수 있다. 상기 자극기는 상기 결정된 파형의 자극 신호가 상기 자극 대상에 인가됨에 따라 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기를 더 포함할 수 있다.The stimulator may further include a feedback detector for detecting the bio-feedback at the measurement point of the stimulation target. The stimulation apparatus includes: a digital-to-analog converter for applying at least one of the predetermined stimulation signal and the stimulation signal of the determined waveform to the stimulation target; and a power supply for supplying an operating voltage of the stimulation apparatus to the digital-to-analog converter. The stimulation apparatus may further include a voltage measuring device that measures a voltage generated when the stimulation signal of the determined waveform is applied to the stimulation target.

다른 일 측에 따르면, 자극기는 검출 자극 신호에 반응하는 자극 대상의 생체 피드백을 검출하는 피드백 검출기; 상기 검출된 생체 피드백에 기초하여 최적 자극 신호의 파형을 결정하는 컨트롤러; 상기 최적 자극 신호가 상기 자극 대상에 인가됨에 따라 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기; 및 상기 측정된 전압에 기초하여 결정된 자극기(stimulator)의 동작 전압을 제공하는 전원 공급기를 포함한다.According to another aspect, the stimulator may include: a feedback detector for detecting a bio-feedback of a stimulation target in response to a detection stimulation signal; a controller that determines a waveform of an optimal stimulation signal based on the detected biofeedback; a voltage measuring device for measuring a voltage generated when the optimal stimulation signal is applied to the stimulation target; and a power supply providing an operating voltage of a stimulator determined based on the measured voltage.

상기 컨트롤러는 상기 검출 자극 신호의 자극 세기 및 자극 시간을 조절하여 상기 최적 자극 신호의 파형을 결정할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 측정된 전압의 파형에 기초하여 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하고, 상기 최적 자극 신호의 파형 및 상기 생체 임피던스에 기초하여 상기 동작 전압을 결정할 수 있다.The controller may determine the waveform of the optimal stimulation signal by adjusting the stimulation intensity and stimulation time of the detected stimulation signal. The controller may calculate the bio-impedance of the stimulation target based on the measured waveform of the voltage, and determine the operating voltage based on the waveform of the optimal stimulation signal and the bio-impedance.

상기 컨트롤러는 미리 정해진 최대 자극 시간 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 세기를 결정하고, 상기 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 시간을 결정하고, 상기 최적 자극 세기 및 상기 최적 자극 시간에 기초하여 상기 자극 신호의 파형을 결정할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 전압 파형에서 제1 지점의 전압 및 제2 지점의 전압을 검출하고, 상기 제1 지점의 전압 및 상기 제2 지점의 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 결정할 수 있다.The controller determines an optimal stimulus intensity for minimizing power consumption of the stimulator based on a bio-feedback regarding a stimulus signal based on a predetermined maximum stimulus time and gradually increasing stimulus intensity, the optimal stimulus intensity and gradually Based on the biofeedback regarding the stimulation signal based on the increasing stimulation time, an optimum stimulation time for minimizing power consumption of the stimulation apparatus is determined, and a waveform of the stimulation signal is determined based on the optimum stimulation intensity and the optimum stimulation time. can decide The controller may detect a voltage at a first point and a voltage at a second point in the voltage waveform, and determine the bio-impedance of the stimulation target based on the voltage at the first point and the voltage at the second point.

도 1은 일 실시예에 따른 자극기 및 자극 대상을 나타낸 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 디지털 아날로그 변환기 및 드라이버를 나타낸 도면.
도 3은 일 실시예에 따른 자극 신호의 파형을 나타낸 도면.
도 4는 일 실시예에 따른 자극 신호에 따른 전압 파형을 나타낸 도면.
도 5는 일 실시예에 따른 자극 시간 및 자극 세기에 따른 피드백 영역을 나타낸 도면.
도 6은 일 실시예에 따른 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간의 결정 과정을 나타낸 도면.
도 7은 일 실시예에 따른 생체 임피던스의 계산 과정을 나타낸 도면.
도 8은 일 실시예에 따른 자극 신호 및 동작 전압의 변화를 나타낸 도면.
도 9는 일 실시예에 따른 자극기를 나타낸 도면.
도 10은 일 실시예에 따른 자극기 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도.1 is a view showing a stimulation apparatus and a stimulation target according to an embodiment;
2 is a diagram illustrating a digital-to-analog converter and a driver according to an embodiment;
3 is a view showing a waveform of a stimulation signal according to an embodiment.
4 is a view showing a voltage waveform according to a stimulus signal according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating a feedback area according to stimulation time and stimulation intensity according to an embodiment;
6 is a diagram illustrating a process of determining an optimal stimulus intensity and an optimal stimulus time according to an embodiment;
7 is a diagram illustrating a process of calculating a bio-impedance according to an exemplary embodiment;
8 is a diagram illustrating a change in a stimulus signal and an operating voltage according to an embodiment.
9 is a view showing a stimulator according to an embodiment;
10 is an operation flowchart illustrating a method for controlling a stimulation apparatus according to an embodiment;

개시되어 있는 특정한 구조 또는 기능들은 단지 기술적 개념을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 다양한 다른 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서의 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structures or functions disclosed are merely illustrative for the purpose of describing a technical concept, and may be embodied in various other forms and are not limited to the embodiments of the present specification.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various elements, but these terms should be understood only for the purpose of distinguishing one element from another element. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" are intended to designate that the described feature, number, step, action, component, part, or combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers, steps, actions, It should be understood that the existence or addition of components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 1은 일 실시예에 따른 자극기 및 자극 대상을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 자극기(110)는 자극 대상(120)에 자극 신호(I)를 인가한다.1 is a diagram illustrating a stimulation apparatus and a stimulation target according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 1 , the stimulation apparatus 110 applies a stimulation signal I to a stimulation target 120 .

자극 신호(I)는 예를 들어 전류 파형으로 표현될 수 있고, 자극 대상(120)은 뇌, 심장, 및 근육 등의 다양한 신체 부위들을 포함할 수 있다. 또한, 자극 대상(120)은 세포, 조직 및 기관 등의 단위에 대응할 수 있다. 예를 들어, 자극 대상(120)은 뇌 세포, 뇌 조직 및 뇌 기관 중 어느 하나일 수 있다. 자극 대상(120)에 자극 신호(I)를 인가한다는 것은, 자극 대상(120)에 자극 신호(I)가 인가될 수 있도록, 자극 대상(120)의 주변부에 자극 신호(I)를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자극기(110)는 심장에 자극 신호(I)가 인가될 수 있도록, 심장의 주변부에 자극 신호(I)를 인가할 수 있다.The stimulation signal I may be expressed as, for example, a current waveform, and the stimulation target 120 may include various body parts such as a brain, a heart, and a muscle. In addition, the stimulation target 120 may correspond to units such as cells, tissues, and organs. For example, the stimulation target 120 may be any one of a brain cell, a brain tissue, and a brain organ. Applying the stimulation signal I to the stimulation target 120 means applying the stimulation signal I to the periphery of the stimulation target 120 so that the stimulation signal I can be applied to the stimulation target 120 . may include For example, the stimulator 110 may apply the stimulation signal I to the periphery of the heart so that the stimulation signal I may be applied to the heart.

자극기(110)는 치료, 재활 및 미용 목적으로 자극 대상(120)을 자극할 수 있다. 예를 들어, 자극기(110)는 뇌심부 자극기(deep brain stimulator), 심박 조율기(pacemaker), 전기 근육 자극기(electrical muscle stimulator), 물리 치료기, 전기 침 등의 의료 기기로 이용될 수 있다. 전기 근육 자극기 및 전기 침은 의료 목적뿐만 아니라, 근육의 이완과 같은 건강 보조 목적으로 이용되거나, 근육의 성장, 근육의 형태 보정 및 지방 분해와 같은 미용 목적으로 이용될 수 있다. 이러한 의료 기기는 신체에 부착되거나, 혹은 체내에 삽입되어 신체에 전기 자극을 인가할 수 있다. 또한, 자극기(110)는 피부 관리 및 흉터 재생 등의 미용 목적으로 이용될 수 있다.The stimulator 110 may stimulate the stimulation target 120 for treatment, rehabilitation, and cosmetic purposes. For example, the stimulator 110 may be used as a medical device such as a deep brain stimulator, a pacemaker, an electrical muscle stimulator, a physical therapy device, or electric acupuncture. The electric muscle stimulator and electric acupuncture may be used not only for medical purposes, but also for health auxiliary purposes such as muscle relaxation, or for cosmetic purposes such as muscle growth, muscle shape correction, and fat decomposition. Such a medical device may be attached to the body or inserted into the body to apply electrical stimulation to the body. In addition, the stimulator 110 may be used for cosmetic purposes such as skin care and scar regeneration.

자극기(110)는 자체 동작 전압에 기초하여, 자극 대상(120)에 자극 신호(I)를 인가할 수 있지만 필요 이상의 동작 전압으로 동작하는 경우에는 전력 손실이 발생할 수 있다. 구체적으로, 자극 대상(120)의 종류에 따라 임피던스 등의 특성이 다를 수 있는데, 자극기(110)의 동작 전압이 자극 대상(120)의 특성과 무관하게 결정된다면, 전력 효율이 낮아질 수 있다. 예를 들어, 신체 부위 별 특성에 따라, 제1 신체 부위에 비해 제2 신체 부위는 약한 자극 신호에 반응할 수 있음에도 불구하고 동일한 동작 전압을 적용하면, 자극기(110)는 필요 이상의 전력을 소모할 수 있다. 제1 신체 부위에 자극 신호를 인가할 때보다, 제2 신체 부위에 자극 신호를 인가할 때, 동작 전압이 낮아지면 자극기(110)는 보다 높은 효율로 동작할 수 있다. 실시예에 따른 자극기(110)는 상황에 따라 최적의 동작 전압을 찾을 수 있고, 최적의 동작 전압 하에서 높은 효율로 동작할 수 있다.The stimulation apparatus 110 may apply the stimulation signal I to the stimulation target 120 based on its own operating voltage, but power loss may occur when operating at an operating voltage higher than necessary. Specifically, characteristics such as impedance may be different depending on the type of stimulation target 120 . If the operating voltage of the stimulation apparatus 110 is determined regardless of the characteristics of the stimulation target 120 , power efficiency may decrease. For example, depending on the characteristics of each body part, when the same operating voltage is applied to the second body part compared to the first body part, even though the second body part may respond to a weak stimulus signal, the stimulator 110 may consume more power than necessary. can When the stimulation signal is applied to the second body part than when the stimulation signal is applied to the first body part, when the operating voltage is lowered, the stimulation apparatus 110 may operate with higher efficiency. The stimulator 110 according to the embodiment may find an optimal operating voltage according to a situation, and may operate with high efficiency under the optimal operating voltage.

자극기(110)는 컨트롤러(115)를 포함하고 컨트롤러(115)는 하드웨어 모듈 및/또는 프로세서를 포함할 수 있다. 자극기(110)는 추가적으로 컨트롤러(115)의 내부 또는 외부에 위치하는 메모리를 포함할 수 있으며, 메모리는 컨트롤러(115)에서 실행되는 명령어들 및 자극기(110)를 제어하기 위한 데이터를 저장할 수 있다. 컨트롤러(115)는 메모리에 저장된 명령어들을 실행하여 아래에서 설명되는 동작들을 수행할 수 있다.The stimulator 110 may include a controller 115 , and the controller 115 may include a hardware module and/or a processor. The stimulation apparatus 110 may additionally include a memory located inside or outside the controller 115 , and the memory may store instructions executed by the controller 115 and data for controlling the stimulation apparatus 110 . The controller 115 may execute instructions stored in the memory to perform operations described below.

자극 신호(I) 중 검출 자극 신호(I1)는 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간을 검출하기 위해 자극 대상(120)에 인가되는 신호일 수 있고, 최적 자극 신호(I2)는 검출 자극 신호(I1)에 기초하여 검출된 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간이 적용된 신호일 수 있다. 자극기(110)가 최적 자극 신호(I2)를 기초로 동작함에 따라 전력 효율이 증가할 수 있다.Among the stimulation signals I, the detection stimulation signal I 1 may be a signal applied to the stimulation target 120 to detect the optimum stimulation intensity and the optimum stimulation time, and the optimum stimulation signal I 2 is the detection stimulation signal I 1 ) may be a signal to which the detected optimal stimulus intensity and optimal stimulus time are applied. As the stimulation apparatus 110 operates based on the optimal stimulation signal I 2 , power efficiency may increase.

자극기(110)는 자극 대상(120)에 검출 자극 신호(I1)를 인가하면서 최적 자극 신호(I2)의 파형을 결정할 수 있다. 최적 자극 신호(I2)의 파형은 자극 세기 및 자극 시간에 의해 결정될 수 있다. 자극 세기는 자극 신호의 진폭을 나타낼 수 있고, 자극 시간은 자극 신호의 듀레이션(duration)을 나타낼 수 있다. 자극기(110)는 검출 자극 신호(I1)의 자극 세기 및 자극 시간을 조절하면서, 반응하는 자극 대상(120)의 생체 피드백을 검출할 수 있고, 검출된 생체 피드백에 기초하여 자극기(110)의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 신호(I2)의 파형, 다시 말해 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간을 결정할 수 있다.The stimulation apparatus 110 may determine the waveform of the optimal stimulation signal I 2 while applying the detection stimulation signal I 1 to the stimulation target 120 . The waveform of the optimal stimulus signal I 2 may be determined by the stimulus intensity and the stimulus time. The stimulus intensity may represent the amplitude of the stimulus signal, and the stimulus time may represent the duration of the stimulus signal. The stimulator 110 may detect the biofeedback of the stimulus target 120 that responds while adjusting the stimulus intensity and the stimulation time of the detection stimulus signal I 1 , and based on the detected biofeedback, It is possible to determine the waveform of the optimal stimulus signal I 2 for minimizing power consumption, that is, the optimal stimulus intensity and the optimal stimulus time.

생체 피드백은 자극기(110) 내부 혹은 외부에 위치하는 피드백 검출기에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 자극 대상(120)은 자극 신호에 반응하여 스파이크(spike) 신호를 발생시킬 수 있고, 피드백 검출기는 자극 대상(120)의 스파이크 신호에 기초하여 생체 피드백을 검출할 수 있다. 컨트롤러(115)는 피드백 검출기의 출력 신호에 기초하여 생체 피드백의 발생 여부를 감지할 수 있다.The biofeedback may be detected by a feedback detector located inside or outside the stimulator 110 . For example, the stimulation target 120 may generate a spike signal in response to the stimulation signal, and the feedback detector may detect biofeedback based on the spike signal of the stimulation target 120 . The controller 115 may detect whether biofeedback has occurred based on an output signal of the feedback detector.

컨트롤러(115)는 검출 자극 신호(I1)의 자극 세기 및 자극 시간을 미리 정해진 패턴에 따라 변화시키면서 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간을 검출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(115)는 미리 정해진 최대 자극 시간 및 점진적으로 증가하는 자극 세기를 갖도록, 검출 자극 신호(I1)를 변화시키고, 반응하는 최초의 생체 피드백에 기초하여 최적 자극 세기를 결정할 수 있다. 그런 다음, 컨트롤러(115)는 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간을 갖도록, 검출 자극 신호(I1)를 변화시키고 반응하는 최초의 생체 피드백에 기초하여 최적 자극 시간을 결정할 수 있다.The controller 115 may detect the optimal stimulus intensity and the optimal stimulus time while changing the stimulus intensity and the stimulus time of the detection stimulus signal I 1 according to a predetermined pattern. For example, the controller 115 may change the detected stimulation signal I 1 to have a predetermined maximum stimulation time and a gradually increasing stimulation strength, and determine the optimal stimulation strength based on the first biofeedback in response. there is. Then, the controller 115 may change the detected stimulus signal I 1 and determine the optimal stimulus time based on the initial bio-feedback in response to have the optimal stimulus intensity and gradually increasing stimulus time.

최적 자극 신호(I2)의 파형이 결정되면, 컨트롤러(115)는 결정된 파형을 이용하여 자극기(110)의 동작 전압을 제어할 수 있다. 컨트롤러(115)는 전력 손실이 최소화되도록 자극기(110)의 동작 전압을 제어할 수 있다. 이하 동작 전압의 제어에 관해 상세히 설명한다.When the waveform of the optimal stimulation signal I 2 is determined, the controller 115 may control the operating voltage of the stimulation apparatus 110 using the determined waveform. The controller 115 may control the operating voltage of the stimulation apparatus 110 to minimize power loss. Hereinafter, the control of the operating voltage will be described in detail.

일 실시예에 따르면, 컨트롤러(115)는 결정된 파형의 최적 자극 신호(I2)를 자극 대상(120)에 인가하면서 자극기(110)를 위한 최소 동작 전압을 결정할 수 있다. 최소 동작 전압은 최적 자극 신호(I2)를 자극 대상(120)에 인가하여 생체 피드백을 발생시킬 수 있는 가장 작은 동작 전압을 의미한다.According to an embodiment, the controller 115 may determine the minimum operating voltage for the stimulation apparatus 110 while applying the optimal stimulation signal I 2 of the determined waveform to the stimulation target 120 . The minimum operating voltage refers to the smallest operating voltage that can generate biofeedback by applying the optimal stimulation signal I 2 to the stimulation target 120 .

예를 들어, 컨트롤러(115)는 최적 자극 신호(I2)를 자극 대상(120)에 인가하면서 자극기(110)의 동작 전압을 점진적으로 감소시킬 수 있고, 생체 피드백의 검출 여부를 확인할 수 있다. 동작 전압의 감소에 따라 더 이상 생체 피드백이 검출되지 않는 경우, 컨트롤러(115)는 생체 피드백이 검출되지 않는 상태에서의 동작 전압을 참조 전압으로 설정할 수 있다. 컨트롤러(115)는 최소 동작 전압을 참조 전압보다 높게 설정할 수 있다. 일례로, 최소 동작 전압을 참조 전압에서 마진 전압만큼 높게 설정할 수 있다. 자극기(110)가 최소 동작 전압으로 동작함에 따라 전력 손실이 최소화되므로 전력 효율이 향상될 수 있다.For example, the controller 115 may gradually decrease the operating voltage of the stimulation apparatus 110 while applying the optimal stimulation signal I 2 to the stimulation target 120 , and may determine whether biofeedback is detected. When the bio-feedback is no longer detected due to a decrease in the operating voltage, the controller 115 may set the operating voltage in a state in which the bio-feedback is not detected as the reference voltage. The controller 115 may set the minimum operating voltage to be higher than the reference voltage. For example, the minimum operating voltage may be set as high as the margin voltage from the reference voltage. As the stimulator 110 operates at the minimum operating voltage, power loss is minimized, and thus power efficiency may be improved.

다른 실시예에 따르면, 컨트롤러(115)는 자극기(110)의 컴플라이언스 전압(compliance voltage)을 계산하고, 동작 전압을 컴플라이언스 전압보다 높게 결정할 수 있다. 컴플라이언스 전압은 자극기(110)가 정상적으로 동작하는데 필요한 전압일 수 있으며, 컨트롤러(115)는 동작 전압을 컴플라이언스 전압에 근접한 범위로 유지함으로써 자극기(110)의 전력 효율을 향상시킬 수 있다. 자극기(110)의 컴플라이언스 전압은 최적 자극 신호(I2)의 파형 및 생체 임피던스(125)에 의해 결정될 수 있다. 컴플라이언스 전압은 최적 자극 신호(I2)의 파형뿐만 아니라 생체 임피던스(125)도 고려되어 결정되므로 최소 동작 전압에 비해 정교하게 계산될 수 있다.According to another embodiment, the controller 115 may calculate a compliance voltage of the stimulation apparatus 110 and determine the operating voltage to be higher than the compliance voltage. The compliance voltage may be a voltage required for the stimulation apparatus 110 to operate normally, and the controller 115 may improve the power efficiency of the stimulation apparatus 110 by maintaining the operating voltage in a range close to the compliance voltage. The compliance voltage of the stimulator 110 may be determined by the waveform of the optimal stimulation signal I 2 and the bio-impedance 125 . Since the compliance voltage is determined by considering not only the waveform of the optimal stimulation signal I 2 but also the bio-impedance 125, it can be calculated more precisely compared to the minimum operating voltage.

생체 임피던스(125)는 자극 대상(120)의 부하 특성을 모델링한 것으로, 자극 대상(120)의 저항(resistance) 및 전기용량(capacitance)을 포함할 수 있다. 컨트롤러(115)는 최적 자극 신호(I2)를 자극 대상(120)에 인가함으로써 측정되는 전압(V)의 파형에 기초하여, 생체 임피던스(125)를 계산할 수 있다. 보다 구체적으로, 컨트롤러(115)는 전압(V)의 파형에서 서로 다른 두 지점의 전압들을 검출할 수 있고, 해당 전압들을 이용하여 자극 대상(120)의 저항 및 전기용량을 계산할 수 있다.The bioimpedance 125 is a model of the load characteristic of the stimulation target 120 , and may include resistance and capacitance of the stimulation target 120 . The controller 115 may calculate the bio-impedance 125 based on the waveform of the voltage V measured by applying the optimal stimulation signal I 2 to the stimulation target 120 . More specifically, the controller 115 may detect voltages at two different points in the waveform of the voltage V, and calculate the resistance and capacitance of the stimulation target 120 using the voltages.

컨트롤러(115)는 최적 자극 신호(I2)의 파형 및 생체 임피던스(125)를 결정하고, 결정된 최적 자극 신호(I2)의 파형 및 생체 임피던스(125)에 기초하여 자극기(110)의 컴플라이언스 전압을 결정하고, 컴플라이언스 전압에 기초하여 자극기(110)의 동작 전압을 결정할 수 있다. 결정된 동작 전압에서 자극 대상(120)에 최적 자극 신호(I2)를 인가하도록 컨트롤러(115)는 자극기(110)를 제어할 수 있고, 이에 따라 자극기(110)의 전력 손실이 최소화될 수 있다.The controller 115 determines the waveform and the bioimpedance 125 of the optimal stimulation signal I 2 , and the compliance voltage of the stimulator 110 based on the determined waveform and the bioimpedance 125 of the optimal stimulation signal I 2 . may be determined, and the operating voltage of the stimulation apparatus 110 may be determined based on the compliance voltage. The controller 115 may control the stimulation apparatus 110 to apply the optimal stimulation signal I 2 to the stimulation target 120 at the determined operating voltage, and accordingly, power loss of the stimulation apparatus 110 may be minimized.

도 2는 일 실시예에 따른 디지털 아날로그 변환기 및 드라이버를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 디지털 아날로그 변환기(digital to analog converter: DAC)(210)는 풀 업 DAC(pull up DAC)(211), 풀 다운 DAC(pull down DAC)(213) 및 스위칭 회로(215)를 포함한다. 스위칭 회로(215)는 자극기의 컨트롤러에 의해 전송되는 제어 신호에 기초하여 풀 업 DAC(211) 및 풀 다운 DAC(213)를 자극 대상(230)에 교차로 연결할 수 있다. 풀 업 DAC(211)가 자극 대상(230)에 연결되면, 자극 대상(230)에는 전하 주입(charge injection)에 따른 자극 신호(IU)가 인가될 수 있고, 풀 다운 DAC(213)가 자극 대상(230)에 연결되면 전하 추출(charge extraction)에 따른 자극 신호(ID)가 인가될 수 있다. 이렇게 서로 반대 방향으로 흐르는 자극 신호들(IU, ID)은 도 1을 통해 설명된 자극 신호(I)에 해당할 수 있다. 드라이버(220)는 동작 전압(VDD)을 공급받아 자극 대상(230)에 VDD/2의 전압을 공급할 수 있다. 저항(RE) 및 커패시터(CE)를 포함하는 자극 대상(230)에는 드라이버(220)에 의해 공급된 VDD/2의 전압을 기준으로 자극 신호들(IU, ID)이 공급될 수 있다.2 is a diagram illustrating a digital-to-analog converter and a driver according to an embodiment. Referring to FIG. 2 , a digital to analog converter (DAC) 210 includes a pull up DAC (pull up DAC) 211 , a pull down DAC (pull down DAC) 213 and a switching circuit 215 . includes The switching circuit 215 may cross-connect the pull-up DAC 211 and the pull-down DAC 213 to the stimulation target 230 based on a control signal transmitted by the controller of the stimulation apparatus. When the pull-up DAC 211 is connected to the stimulation target 230 , a stimulation signal I U according to charge injection may be applied to the stimulation target 230 , and the pull-down DAC 213 is stimulated When connected to the target 230 , a stimulus signal I D according to charge extraction may be applied. The stimulation signals I U and I D flowing in opposite directions may correspond to the stimulation signal I described with reference to FIG. 1 . The driver 220 may receive the operating voltage V DD and supply a voltage of V DD /2 to the stimulation target 230 . Stimulation target 230 including a resistor RE and a capacitor C E , based on a voltage of V DD /2 supplied by the driver 220 , the stimulation signals I U , I D will be supplied. can

도 3은 일 실시예에 따른 자극 신호의 파형을 나타낸 도면이다. 도 3에는 자극 신호가 구형파로 도시되어 있으나, 자극 신호는 정현파 및 삼각파 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 자극 세기(ISTIM)는 자극 신호의 진폭을 나타낼 수 있고, 자극 시간(TSTIM)은 자극 신호의 듀레이션을 나타낼 수 있다. 자극 신호는 도 2를 통해 설명된 풀 업 DAC(211) 및 풀 다운 DAC(213)에 의해 형성되는 양의 펄스(positive pulse) 및 음의 펄스(negative pulse)를 포함할 수 있다. 양의 펄스 및 음의 펄스 사이에 간격은 미리 정해질 수 있으며, 조절될 수 있다. 자극기의 컨트롤러는 미리 정해진 자극 신호의 자극 세기(ISTIM) 및 자극 시간(TSTIM)을 조절하여 검출된 생체 피드백에 기초하여, 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간을 결정하고, 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간에 기초하여 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정할 수 있다. 여기서, 미리 정해진 자극 신호는 도 1을 통해 설명된 검출 자극 신호(I1)에 대응할 수 있고, 자극 대상을 위한 자극 신호는 도 1을 통해 설명된 최적 자극 신호(I2)에 대응할 수 있다.3 is a diagram illustrating a waveform of a stimulation signal according to an embodiment. Although the stimulation signal is illustrated as a square wave in FIG. 3 , the stimulation signal may have various shapes such as a sine wave and a triangular wave. The stimulus intensity (I STIM ) may represent the amplitude of the stimulus signal, and the stimulus time (T STIM ) may represent the duration of the stimulus signal. The stimulation signal may include positive pulses and negative pulses formed by the pull-up DAC 211 and the pull-down DAC 213 described with reference to FIG. 2 . The interval between the positive and negative pulses can be predetermined and can be adjusted. The controller of the stimulator determines the optimal stimulus intensity and the optimal stimulus time based on the biofeedback detected by adjusting the stimulus intensity (I STIM ) and the stimulus time (T STIM ) of the predetermined stimulus signal, and determines the optimal stimulus intensity and the optimal stimulus A waveform of the stimulation signal for the stimulation target may be determined based on time. Here, the predetermined stimulation signal may correspond to the detection stimulation signal I 1 described with reference to FIG. 1 , and the stimulation signal for the stimulation target may correspond to the optimal stimulation signal I 2 described with reference to FIG. 1 .

도 4는 일 실시예에 따른 자극 신호에 따른 전압 파형을 나타낸 도면이다. 자극기의 컨트롤러는 자극 세기(ISTIM) 및 자극 시간(TSTIM)에 따른 자극 신호를 자극 대상에 인가함으로써 전압 파형(410)을 획득할 수 있다. 전압 파형(410)을 참조하면, VDD/2가 ISTIM x RE, ISTIM x TSTIM / CE, 및 VOV의 합보다 크게 결정될 경우, 자극기는 정상적으로 동작할 수 있다. 여기서, RE는 자극 대상의 저항을 나타내고, CE는 자극 대상의 전기용량을 나타내고, VOV는 미리 정해진 마진 전압을 나타낸다. 따라서, 자극기의 컴플라이언스 전압(Vc)은 수학식 1로 나타낼 수 있다.4 is a diagram illustrating a voltage waveform according to a stimulus signal according to an embodiment. The controller of the stimulation apparatus may acquire the voltage waveform 410 by applying a stimulation signal according to the stimulation intensity I STIM and the stimulation time T STIM to the stimulation target. Referring to the voltage waveform 410 , when V DD /2 is determined to be greater than the sum of I STIM x RE , I STIM x T STIM / C E , and V OV , the stimulator may operate normally. Here, RE represents the resistance of the stimulation target, C E represents the capacitance of the stimulation target, and V OV represents a predetermined margin voltage. Accordingly, the compliance voltage (V c ) of the stimulation apparatus can be expressed by Equation (1).

Figure 112017076020759-pat00001
Figure 112017076020759-pat00001

컨트롤러는 자극기의 동작 전압(VDD)을 컴플라이언스 전압(Vc)보다 높게, 하지만 최대한 근접하게 결정할 수 있다. The controller may determine the operating voltage (V DD ) of the stimulator to be higher than the compliance voltage (V c ), but as close as possible.

도 5는 일 실시예에 따른 자극 시간 및 자극 세기에 따른 피드백 영역을 나타낸 도면이다. 신경의 반응 특성을 나타내는 곡선(510)에 따르면, 신경에 임계 세기 미만의 자극을 무한대의 시간 동안 주거나, 임계 시간 미만의 자극을 무한대의 크기로 주어도 신경은 반응하지 않는다. 예를 들어, ①은 임계 세기 미만의 자극 세기 및 임계 시간 미만의 자극 시간을 갖는 자극 신호가 신경에 인가된 경우를 나타내고, ②는 임계 세기 이상의 자극 세기 및 임계 시간 미만의 자극 시간을 갖는 자극 신호가 신경에 인가된 경우를 나타내고, ③은 임계 세기 미만의 자극 세기 및 임계 시간 이상의 자극 시간을 갖는 자극 신호가 신경에 인가된 경우를 나타내고, ④는 임계 세기 이상의 자극 세기 및 임계 시간 이상의 자극 시간을 갖는 자극 신호가 신경에 인가된 경우를 나타낸다. 이 경우, 신경은 ④에 따른 자극 신호가 인가된 경우에만 반응한다. 다시 말해, 곡선(510) 위의 영역은 반응 영역을 나타내고, 곡선(510) 아래의 영역은 미반응 영역을 나타낸다.5 is a diagram illustrating a feedback area according to stimulation time and stimulation intensity according to an exemplary embodiment. According to the curve 510 indicating the response characteristics of the nerve, the nerve does not respond even if a stimulus less than the threshold intensity is given to the nerve for an infinite amount of time or a stimulus less than the threshold time is given in an infinite size. For example, ① denotes a case in which a stimulus signal having a stimulus intensity less than the threshold intensity and a stimulus time less than the threshold time is applied to the nerve, and ② denotes a stimulus signal having a stimulus intensity greater than the threshold intensity and a stimulus time less than the threshold time. denotes a case in which is applied to a nerve, ③ denotes a case in which a stimulation signal having a stimulation intensity less than the threshold intensity and a stimulation time greater than or equal to the threshold time is applied to the nerve, and ④ denotes a stimulation intensity greater than or equal to the threshold intensity and stimulation time greater than or equal to the threshold time. It shows a case in which a stimulus signal with a nerve is applied to the nerve. In this case, the nerve responds only when the stimulation signal according to ④ is applied. In other words, the area above the curve 510 represents the reacted area, and the area under the curve 510 represents the unreacted area.

곡선(510)에 기초하여, 무한대의 자극 시간에서의 자극 세기가 IRh이고, 2IRh의 자극 세기에서 신경이 반응하는데 걸리는 자극 시간을 TCh 라 정의하면, 신경의 자극 세기와 자극 신호 사이에는 수학식 2의 관계가 성립한다.Based on the curve 510, if the stimulation intensity at the infinite stimulation time is I Rh and the stimulation time required for the nerve to respond at the stimulation strength of 2I Rh is defined as T Ch , there is a difference between the stimulation strength of the nerve and the stimulation signal. The relationship of Equation 2 is established.

Figure 112017076020759-pat00002
Figure 112017076020759-pat00002

아래에서, IRh는 리오베이스 전류(Rheobase current)로 지칭될 수 있고, TCh는 크로낙시에 시간(Chronaxie time)으로 지칭될 수 있다. 수학식 2에 따라 자극 신호의 전하량(QSTIM)은 수학식 3으로 나타낼 수 있다.Hereinafter, I Rh may be referred to as a Rheobase current, and T Ch may be referred to as a Chronaxie time. According to Equation 2, the amount of charge Q STIM of the stimulus signal can be expressed by Equation 3.

Figure 112017076020759-pat00003
Figure 112017076020759-pat00003

수학식 3에 기초하여, 신경의 자극에 필요한 에너지는 ISTIM x QSTIM(t)로 나타낼 수 있고, 이 때 신경의 자극에 필요한 에너지는 t = 2TCh 및 I = IRh에서 최소 값을 갖게 된다. 따라서, 신경의 자극에 필요한 에너지가 최소가 되는 지점(515)에서, 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간이 결정될 수 있다. 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간의 결정 과정은 도 6을 통해 설명한다.Based on Equation 3, the energy required for nerve stimulation is I STIM It can be expressed as x Q STIM (t), and at this time, the energy required for nerve stimulation has a minimum value at t = 2T Ch and I = I Rh . Accordingly, at the point 515 at which the energy required for nerve stimulation is the minimum, the optimum stimulation intensity and the optimum stimulation time may be determined. The process of determining the optimal stimulus intensity and optimal stimulus time will be described with reference to FIG. 6 .

도 6은 일 실시예에 따른 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간의 결정 과정을 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a process of determining an optimal stimulation intensity and an optimal stimulation time according to an exemplary embodiment.

자극기의 컨트롤러는 최대 자극 시간(Tmax) 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 최적 자극 세기를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 컨트롤러는 최대 자극 시간(Tmax) 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 반응하는 최초의 생체 피드백을 감지하고, 최초의 생체 피드백이 감지된 자극 세기를 리오베이스 전류(IRh)로 결정할 수 있다. 이 경우, 자극 세기는 화살표(620) 방향으로 점진적으로 증가할 수 있고, 최초의 생체 피드백은 지점(625)에서 검출될 수 있다. 컨트롤러는 최적 자극 세기를 리오베이스 전류(IRh)의 2배로 결정할 수 있다. 최대 자극 시간(Tmax)는 자극 대상의 종류 및 자극 대상의 단위에 따라 미리 정해질 수 있으며, 예를 들어 100μsec ~ 2msec 일 수 있다. The controller of the stimulator may determine the optimal stimulation strength based on the biofeedback regarding the stimulation signal based on the maximum stimulation time (T max ) and the gradually increasing stimulation strength. More specifically, the controller detects the first bio-feedback in response to the stimulus signal based on the maximum stimulation time (T max ) and the progressively increasing stimulus intensity, and sets the stimulus intensity at which the first bio-feedback is sensed to the riobase current (I). Rh ) can be determined. In this case, the stimulus intensity may gradually increase in the direction of the arrow 620 , and the first biofeedback may be detected at the point 625 . The controller may determine the optimal stimulus intensity to be twice the riobase current (I Rh ). The maximum stimulation time (T max ) may be predetermined according to the type of stimulation target and the unit of the stimulation target, and may be, for example, 100 μsec to 2 msec.

또한, 컨트롤러는 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 최적 자극 시간을 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 컨트롤러는 최적 자극 세기(2IRh) 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 반응하는 최초의 생체 피드백을 감지하고, 최초의 생체 피드백이 감지된 자극 시간을 크로낙시에 시간(TCh)으로 결정할 수 있다. 이 경우, 자극 세기는 화살표(630) 방향으로 점진적으로 증가할 수 있고, 최초의 생체 피드백은 지점(635)에서 검출될 수 있다. 컨트롤러는 최적 자극 시간을 크로낙시에 시간(TCh)으로 결정할 수 있다. 컨트롤러는 결정된 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간에 기초하여 자극 대상을 위한 최적 자극 신호의 파형을 결정할 수 있다. 최적 자극 신호가 자극 대상에 인가되면 다른 자극 신호가 자극 대상에 인가될 때보다 전력 효율이 향상될 수 있다.In addition, the controller may determine the optimal stimulation time based on the bio-feedback regarding the stimulation signal based on the optimal stimulation intensity and the gradually increasing stimulation time. More specifically, the controller detects the first biofeedback in response to the stimulus signal based on the optimal stimulus intensity (2I Rh ) and the progressively increasing stimulus time, and sets the stimulus time at which the first biofeedback is sensed to the chronoxi time ( T Ch ) can be determined. In this case, the stimulus intensity may gradually increase in the direction of the arrow 630 , and the first biofeedback may be detected at the point 635 . The controller may determine the optimal stimulation time as the chronaxy time (T Ch ). The controller may determine a waveform of an optimal stimulation signal for the stimulation target based on the determined optimum stimulation intensity and optimum stimulation time. When the optimal stimulation signal is applied to the stimulation target, power efficiency may be improved compared to when other stimulation signals are applied to the stimulation target.

도 7은 일 실시예에 따른 생체 임피던스의 계산 과정을 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 자극 세기(ISTIM) 및 자극 시간(TSTIM)에 따른 자극 신호를 자극 대상에 인가함으로써 측정되는 전압 파형(710)이 도시되어 있다.7 is a diagram illustrating a process of calculating a bio-impedance according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 7 , a voltage waveform 710 measured by applying a stimulation signal according to a stimulation intensity (I STIM ) and a stimulation time (T STIM ) to a stimulation target is shown.

자극기의 컨트롤러는 전압 파형(710)에서 제1 지점의 전압 및 제2 지점의 전압을 검출하고, 제1 지점의 전압 및 제2 지점의 전압에 기초하여, 자극 대상의 저항 및 전기용량을 계산할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 전압 파형(710)에서 지점(A)의 전압(V1) 및 지점(B)의 전압(V2)를 검출하고, 전압(V1) 및 전압(V2)에 기초하여, 자극 대상의 저항 및 전기용량을 계산할 수 있다. 보다 구체적으로, 컨트롤러는 자극 신호에 의한 전하 주입 이후에 지점(A)에서 측정되는 제1 전압(V1)에 기초하여 자극 대상의 저항을 계산할 수 있다. 도 7에서, 제1 전압(V1)은 VDD/2 및 C의 합이고, C는 ISTIM x RE이다. 따라서, 제1 전압(V1)은 수학식 4로 나타낼 수 있다.The controller of the stimulation apparatus may detect the voltage of the first point and the voltage of the second point in the voltage waveform 710, and calculate the resistance and capacitance of the stimulation target based on the voltage of the first point and the voltage of the second point. there is. For example, the controller detects a voltage V 1 at point A and a voltage V 2 at point B in voltage waveform 710 , and based on the voltage V 1 and voltage V 2 . Thus, the resistance and capacitance of the stimulation target can be calculated. More specifically, the controller may calculate the resistance of the stimulation target based on the first voltage (V 1 ) measured at the point (A) after charge injection by the stimulation signal. In FIG. 7 , the first voltage V 1 is the sum of V DD /2 and C, and C is I STIM ×RE E . Accordingly, the first voltage V 1 may be expressed by Equation (4).

Figure 112017076020759-pat00004
Figure 112017076020759-pat00004

수학식 4를 RE에 관해 정리하면, 자극 대상의 저항(RE)는 수학식 5로 나타낼 수 있다.Summarizing Equation 4 with respect to R E , the resistance R E of the stimulus target may be expressed by Equation 5 .

Figure 112017076020759-pat00005
Figure 112017076020759-pat00005

또한, 컨트롤러는 자극 신호에 의한 전하 추출 이후에 지점(B)에서 측정되는 제2 전압(V2)에 기초하여 자극 대상의 전기용량을 계산할 수 있다. 도 7에서, 제2 전압(V2)은 V1및 D의 합에서 2C를 뺀 것이고, D는 ISTIM x TSTIM / CE이다. 따라서, 제2 전압(V2)은 수학식 6으로 나타낼 수 있고, 수학식 5 및 수학식 6을 통해 수학식 7을 얻을 수 있다.In addition, the controller may calculate the capacitance of the stimulation target based on the second voltage (V 2 ) measured at the point (B) after charge extraction by the stimulation signal. In FIG. 7 , the second voltage V 2 is the sum of V 1 and D minus 2C, and D is I STIM x T STIM /C E. Accordingly, the second voltage V2 can be expressed by Equation 6, and Equation 7 can be obtained through Equations 5 and 6.

Figure 112017076020759-pat00006
Figure 112017076020759-pat00006

Figure 112017076020759-pat00007
Figure 112017076020759-pat00007

수학식 7을 CE에 관해 정리하면, 자극 대상의 전기용량(CE)는 수학식 8로 나타낼 수 있다.If Equation 7 is summarized with respect to C E , the electric capacity (C E ) of the stimulation target can be expressed by Equation 8.

Figure 112017076020759-pat00008
Figure 112017076020759-pat00008

컨트롤러는 저항(RE) 및 전기용량(CE)을 구할 때, 자극 세기(ISTIM) 및 자극 시간(TSTIM)으로 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간을 이용할 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 전압 파형(710)으로부터 생체 임피던스를 구할 수 있다.The controller may use the optimal stimulus intensity and the optimal stimulus time as the stimulus intensity (I STIM ) and the stimulus time (T STIM ) when calculating the resistance ( RE ) and the capacitance ( CE ). Accordingly, the controller may obtain the bio-impedance from the voltage waveform 710 .

도 7에서는 자극 신호가 구형파인 실시예를 설명하였으나, 상술된 것처럼 자극 신호는 정현파 및 삼각파 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 이 경우에도, 컨트롤러는 구형파에 관한 실시예와 유사하게 자극 대상의 생체 임피던스를 구할 수 있다. 예를 들어, 자극 신호가 정현파인 경우, 컨트롤러는 정현파 형태의 자극 신호를 자극 대상에 인가함으로써 정현파와 유사한 형태의 전압 파형을 측정할 수 있다. 컨트롤러는 측정된 전압 파형의 두 지점에서 전압을 검출하고, 검출된 두 지점의 전압에 기초하여 자극 대상의 생체 임피던스를 계산할 수 있다. 또는, 자극 신호가 삼각파인 경우, 컨트롤러는 삼각파 형태의 자극 신호를 자극 대상에 인가함으로써 삼각파와 유사한 형태의 전압 파형을 측정할 수 있다. 컨트롤러는 측정된 전압 파형의 두 지점에서 전압을 검출하고, 검출된 두 지점의 전압에 기초하여 자극 대상의 생체 임피던스를 계산할 수 있다. 컨트롤러는 다른 형태의 파형에 대해서도 이와 유사한 방식으로 자극 대상의 생체 임피던스를 구할 수 있다.Although the embodiment in which the stimulation signal is a square wave has been described in FIG. 7 , the stimulation signal may have various shapes such as a sine wave and a triangular wave as described above. Also in this case, the controller may obtain the bio-impedance of the stimulation target similarly to the embodiment related to the square wave. For example, when the stimulation signal is a sine wave, the controller may measure a voltage waveform having a shape similar to that of a sine wave by applying the stimulation signal in the sinusoidal shape to the stimulation target. The controller may detect voltages at two points of the measured voltage waveform, and calculate the bio-impedance of the stimulation target based on the detected voltages at the two points. Alternatively, when the stimulus signal is a triangular wave, the controller may measure a voltage waveform having a shape similar to that of a triangular wave by applying the stimulus signal in the form of a triangular wave to the stimulus target. The controller may detect voltages at two points of the measured voltage waveform, and calculate the bio-impedance of the stimulation target based on the detected voltages at the two points. The controller may obtain the bio-impedance of the stimulation target in a similar manner for other types of waveforms.

컨트롤러는 상술된 수학식 1에 자극 신호의 자극 세기(ISTIM), 자극 신호의 자극 시간(TSTIM), 자극 대상의 저항(RE), 자극 대상의 전기용량(CE) 및 미리 정해진 마진 전압(VOV)을 대입함으로써, 자극기의 컴플라이언스 전압(Vc)을 구할 수 있다. 여기서, 컨트롤러는 자극 신호의 자극 세기(ISTIM)로 리오베이스 전류의 2배로 결정된 최적 자극 세기를 대입할 수 있고, 자극 신호의 자극 시간(TSTIM)으로 크로낙시에 시간을 대입할 수 있다. 컴플라이언스 전압(Vc)이 결정되면, 컨트롤러는 자극기의 동작 전압(VDD)을 컴플라이언스 전압(Vc)보다 높게, 그러나 최대한 근접하게 결정할 수 있다.In Equation 1 described above, the controller calculates the stimulation intensity of the stimulation signal (I STIM ), the stimulation time of the stimulation signal (T STIM ), the resistance of the stimulation object ( RE ), the capacitance of the stimulation object (C E ) , and a predetermined margin By substituting the voltage (V OV ), the compliance voltage (V c ) of the stimulation apparatus can be obtained. Here, the controller may substitute the optimal stimulation intensity determined to be twice the Rio base current as the stimulation intensity (I STIM ) of the stimulation signal, and may substitute the time in chronoxy as the stimulation time (T STIM ) of the stimulation signal. When the compliance voltage V c is determined, the controller may determine the operating voltage V DD of the stimulator to be higher than the compliance voltage V c , but as close as possible.

도 8은 일 실시예에 따른 자극 신호 및 동작 전압의 변화를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 전압 파형들(810, 820) 및 동작 전압들(830, 840)이 도시되어 있다.8 is a diagram illustrating changes in a stimulus signal and an operating voltage according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 8 , voltage waveforms 810 and 820 and operating voltages 830 and 840 are shown.

최적 전압 파형(820)은 최적 자극 신호에 기초하여 획득될 수 있다. 이와 달리, 전압 파형(810)은 최적 자극 신호의 자극 세기보다 큰 자극 세기의 자극 신호가 자극 대상에 인가될 때 측정될 수 있다. 상술된 것처럼, 신경은 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간에 의한 자극 신호에 반응하므로, 자극 대상은 전압 파형들(810, 820) 모두에 반응하지만, 최적 전압 파형(820)이 전압 파형(810)에 비해 적은 에너지를 소모한다. 따라서, 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간에 의해 자극기의 전력 소모가 감소할 수 있다.The optimal voltage waveform 820 may be obtained based on the optimal stimulus signal. Alternatively, the voltage waveform 810 may be measured when a stimulation signal having a stimulation strength greater than that of the optimal stimulation signal is applied to the stimulation target. As described above, since the nerve responds to the stimulation signal by the optimum stimulation intensity and the optimum stimulation time, the stimulation target responds to both the voltage waveforms 810 and 820 , but the optimum voltage waveform 820 corresponds to the voltage waveform 810 . consumes less energy than Accordingly, the power consumption of the stimulator may be reduced by the optimal stimulus intensity and optimal stimulus time.

또한, 컨트롤러는 컴플라이언스 전압을 고려하여 동작 전압(830)을 동작 전압(840)으로 조절할 수 있다. 동작 전압들(830, 840)은 모두 컴플라이언스 전압보다 높기 때문에, 자극기는 동작 전압들(830, 840) 모두에서 정상적으로 동작할 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 동작 전압(830)보다 낮은 동작 전압(840)을 통해 자극기의 소모 전력을 감소시킬 수 있다. 컨트롤러는 자극 신호에 최적 자극 세기 및 최적 자극 시간을 적용하고, 컴플라이언스 전압에 기초하여 동작 전압을 결정함으로써, 자극기의 소모 전력을 최소화할 수 있다.Also, the controller may adjust the operating voltage 830 to the operating voltage 840 in consideration of the compliance voltage. Since the operating voltages 830 and 840 are both higher than the compliance voltage, the stimulator may operate normally at both the operating voltages 830 and 840 . Accordingly, the controller may reduce power consumption of the stimulation apparatus through the operating voltage 840 lower than the operating voltage 830 . The controller may minimize power consumption of the stimulation apparatus by applying the optimum stimulation intensity and optimum stimulation time to the stimulation signal and determining the operating voltage based on the compliance voltage.

도 9는 일 실시예에 따른 자극기를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 자극기는 컨트롤러(910), 피드백 검출기(920), 전압 측정기(930), DAC(940), 전원 공급기(950) 및 드라이버(960)를 포함할 수 있다.9 is a diagram illustrating a stimulator according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 9 , the stimulation apparatus may include a controller 910 , a feedback detector 920 , a voltage meter 930 , a DAC 940 , a power supply 950 , and a driver 960 .

설명의 편의를 위해, 아래에서 최적 자극 세기는 ISTIM _OPT로 나타내고, 최적 자극 시간은 TSTIM _OPT로 나타내고, 최적 자극 세기 이외의 자극 세기는 ISTIM으로 나타내고, 최적 자극 시간 이외의 자극 시간은 TSTIM으로 나타낸다. 또한, 자극 세기(ISTIM) 및 자극 시간(TSTIM)에 의한 검출 자극 신호를 I1으로 나타내고, 최적 자극 세기(ISTIM_OPT) 및 최적 자극 시간(TSTIM _OPT)에 의한 최적 자극 신호를 I2로 나타낸다. 또한, 최적의 동작 전압은 VDD _OPT로 나타내고, 최적의 동작 전압 이외의 동작 전압은 VDD로 나타낸다.For convenience of explanation, below, the optimal stimulation intensity is denoted as I STIM_OPT , the optimal stimulation time is denoted as T STIM_OPT , the stimulus intensity other than the optimal stimulus intensity is denoted as I STIM , and the stimulus time other than the optimal stimulus time is denoted by T It is represented by STIM . In addition, the detection stimulus signal by the stimulus intensity (I STIM ) and the stimulus time (T STIM ) is denoted by I 1 , and the optimal stimulus signal by the optimal stimulus intensity (I STIM_OPT ) and the optimal stimulus time (T STIM _OPT ) is denoted by I 2 . is indicated by In addition, an optimal operating voltage is denoted by V DD _OPT , and operating voltages other than the optimal operating voltage are denoted by V DD .

컨트롤러(910)는 자극 세기(ISTIM) 및 자극 시간(TSTIM)에 기초한 출력 신호를 DAC(940)에 전송할 수 있다. DAC(940)는 출력 신호에 기초하여 검출 자극 신호(I1)를 자극 대상(970)에 인가할 수 있다. DAC(940)는 자극 대상(970)과 접촉된 전극을 통해 검출 자극 신호(I1)를 자극 대상(970)에 인가할 수 있다. 또한, 상술된 것처럼, DAC(940)는 풀 업 DAC 및 풀 다운 DAC를 포함할 수 있고, 풀 업 DAC 및 풀 다운 DAC를 통해 서로 반대 방향의 자극 신호들을 자극 대상(970)에 인가할 수 있다. 전원 공급기(950)는 DAC(940) 및 드라이버(960)로 동작 전압(VDD)을 공급할 수 있다. 드라이버(960)는 동작 전압(VDD)에 기초하여 VDD/2의 전압을 자극 대상(970)에 제공할 수 있다.The controller 910 may transmit an output signal based on the stimulation intensity I STIM and the stimulation time T STIM to the DAC 940 . The DAC 940 may apply the detection stimulation signal I 1 to the stimulation target 970 based on the output signal. The DAC 940 may apply the detection stimulation signal I 1 to the stimulation target 970 through an electrode in contact with the stimulation target 970 . In addition, as described above, the DAC 940 may include a pull-up DAC and a pull-down DAC, and may apply stimulation signals in opposite directions to the stimulation target 970 through the pull-up DAC and the pull-down DAC. . The power supply 950 may supply the operating voltage V DD to the DAC 940 and the driver 960 . The driver 960 may provide a voltage of V DD /2 to the stimulation target 970 based on the operating voltage V DD .

피드백 검출기(920)는 자극 대상(970)의 측정 포인트에서 생체 피드백을 검출하고, 검출된 피드백을 컨트롤러(910)로 전달할 수 있다. 측정 포인트는 자극 신호가 인가되는 위치로부터 떨어져있을 수 있다. 자극 대상(970)은 자극 신호에 반응하여 스파이크(spike) 신호를 발생시킬 수 있다. 피드백 검출기(920)는 자극 대상(970)의 스파이크 신호에 기초하여 생체 피드백을 검출할 수 있다. 컨트롤러(910)는 피드백 검출기의 출력 신호에 기초하여 생체 피드백의 발생 여부를 감지할 수 있다. 도 9에 피드백 검출기(920)는 자극기에 포함되도록 도시되어 있으나, 피드백 검출기(920)는 자극기와 별도의 장치로 구성되거나, 자극기의 외부에 위치할 수 있다.The feedback detector 920 may detect biofeedback at the measurement point of the stimulation target 970 and transmit the detected feedback to the controller 910 . The measurement point may be away from the location where the stimulation signal is applied. The stimulation target 970 may generate a spike signal in response to the stimulation signal. The feedback detector 920 may detect biofeedback based on the spike signal of the stimulation target 970 . The controller 910 may detect whether biofeedback has occurred based on an output signal of the feedback detector. Although the feedback detector 920 is illustrated to be included in the stimulation apparatus in FIG. 9 , the feedback detector 920 may be configured as a device separate from the stimulation apparatus, or may be located outside the stimulation apparatus.

컨트롤러(910)는 자극 세기(ISTIM) 및 자극 시간(TSTIM)를 조절함으로써, 자극 대상(970)에 인가되는 검출 자극 신호(I1)를 변화시킬 수 있고, 검출 자극 신호(I1)를 변화시킴으로써 검출되는 생체 피드백에 기초하여 최적 자극 세기(ISTIM _OPT) 및 최적 자극 시간(TSTIM_OPT)를 결정할 수 있다. 상술된 것처럼, 컨트롤러(910)는 최대 자극 시간(Tmax) 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 최적 자극 세기(ISTIM _OPT)를 결정할 수 있고, 최적 자극 세기(ISTIM_OPT) 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 최적 자극 시간(TSTIM_OPT)을 결정할 수 있다.The controller 910 may change the detection stimulation signal I 1 applied to the stimulation target 970 by adjusting the stimulation intensity I STIM and the stimulation time T STIM , and the detection stimulation signal I 1 . By changing , the optimal stimulation intensity (I STIM_OPT ) and the optimal stimulation time (T STIM_OPT ) may be determined based on the detected biofeedback . As described above, the controller 910 may determine the optimal stimulus intensity I STIM _OPT based on the bio-feedback regarding the stimulus signal based on the maximum stimulus time T max and the progressively increasing stimulus intensity, and the optimal stimulus The optimal stimulation time T STIM_OPT may be determined based on the bio-feedback regarding the stimulation signal based on the intensity I STIM_OPT and the progressively increasing stimulation time.

최적 자극 세기(ISTIM _OPT) 및 최적 자극 시간(TSTIM _OPT)이 결정된 이후에, 컨트롤러(910)는 최적 자극 세기(ISTIM _OPT) 및 최적 자극 시간(TSTIM _OPT)에 기초한 출력 신호를 DAC(940)에 전송할 수 있다. DAC(940)는 출력 신호에 기초하여 최적 자극 신호(I2)를 자극 대상(970)에 인가할 수 있다. 전압 측정기(930)는 최적 자극 신호(I2)가 자극 대상(970)에 인가됨에 따라 발생되는 전압을 측정할 수 있고, 측정된 전압을 컨트롤러(910)로 전달할 수 있다. 컨트롤러는 전압 측정기(930)에 의해 측정된 전압의 파형에 기초하여 저항(RE) 및 전기용량(CE)을 포함하는 자극 대상(970)의 생체 임피던스를 계산할 수 있다. 상술된 것처럼, 컨트롤러(910)는 전압 파형의 두 지점에서 전압을 검출하고, 검출된 두 지점의 전압에 기초하여 자극 대상(970)의 생체 임피던스를 계산할 수 있다.After the optimal stimulus intensity (I STIM _OPT ) and the optimal stimulus time (T STIM _OPT ) are determined, the controller 910 outputs an output signal based on the optimal stimulus intensity (I STIM _OPT ) and the optimal stimulus time (T STIM _OPT ) to the DAC 940 may be transmitted. The DAC 940 may apply the optimal stimulation signal I 2 to the stimulation target 970 based on the output signal. The voltage measuring device 930 may measure a voltage generated when the optimal stimulation signal I 2 is applied to the stimulation target 970 , and may transmit the measured voltage to the controller 910 . The controller may calculate the bioimpedance of the stimulation target 970 including the resistance (RE ) and the capacitance ( CE ) based on the waveform of the voltage measured by the voltage meter 930 . As described above, the controller 910 may detect voltages at two points of the voltage waveform and calculate the bio-impedance of the stimulation target 970 based on the detected voltages at the two points.

자극 대상(970)의 생체 임피던스가 계산된 이후에, 컨트롤러(910)는 최적 자극 세기(ISTIM _OPT), 최적 자극 시간(TSTIM _OPT) 및 자극 대상(970)의 생체 임피던스에 기초하여 자극기의 컴플라이언스 전압을 결정할 수 있고, 자극기의 컴플라이언스 전압에 기초하여 최적의 동작 전압(VDD _OPT)을 결정할 수 있다. 컨트롤러(910)는 최적의 동작 전압(VDD _OPT)에 관한 출력 신호를 전원 공급기(950)에 전송할 수 있고, 전원 공급기(950)는 출력 신호에 기초하여 DAC(940) 및 드라이버(960)로 최적의 동작 전압(VDD_OPT)을 공급할 수 있다. 따라서, 자극기는 최적의 동작 전압(VDD _OPT)으로 동작할 수 있다.After the bio-impedance of the stimulation target 970 is calculated, the controller 910 controls the stimulation of the stimulator based on the optimal stimulation intensity (I STIM _OPT ), the optimal stimulation time (T STIM _OPT ), and the bio-impedance of the stimulation target 970 . A compliance voltage may be determined, and an optimal operating voltage V DD _OPT may be determined based on the compliance voltage of the stimulator. The controller 910 may transmit an output signal related to the optimal operating voltage V DD _OPT to the power supply 950 , and the power supply 950 may be configured to send the DAC 940 and the driver 960 based on the output signal. An optimal operating voltage V DD_OPT may be supplied. Accordingly, the stimulator may operate at the optimal operating voltage V DD _OPT .

도 10은 일 실시예에 따른 자극기 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다. 도 10을 참조하면, 단계(1010)에서, 컨트롤러는 미리 정해진 자극 신호에 반응하는 자극 대상의 생체 피드백에 기초하여 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정한다. 단계(1020)에서, 컨트롤러는 결정된 파형의 자극 신호를 자극 대상에 인가함으로써 측정되는 전압 파형에 기초하여 자극 대상의 생체 임피던스를 계산한다. 단계(1030)에서, 컨트롤러는 결정된 파형 및 생체 임피던스에 기초하여 자극기의 동작 전압을 결정한다. 단계(1040)에서, 컨트롤러는 결정된 파형 및 동작 전압에 기초하여 자극기를 제어한다. 그 밖에, 자극기 제어 방법에는 상술된 내용이 적용될 수 있으며, 보다 상세한 설명은 생략한다.10 is an operation flowchart illustrating a method for controlling a stimulation apparatus according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 10 , in step 1010 , the controller determines the waveform of the stimulation signal for the stimulation target based on the bio-feedback of the stimulation target in response to a predetermined stimulation signal. In step 1020, the controller calculates the bio-impedance of the stimulation target based on the voltage waveform measured by applying the stimulation signal of the determined waveform to the stimulation target. In operation 1030, the controller determines the operating voltage of the stimulator based on the determined waveform and the bio-impedance. In step 1040, the controller controls the stimulator based on the determined waveform and the operating voltage. In addition, the above-described contents may be applied to the stimulation apparatus control method, and a detailed description thereof will be omitted.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(Arithmetic Logic Unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(Field Programmable Gate Array), PLU(Programmable Logic Unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented by a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the apparatus, method, and component described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA). Array), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that can include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or apparatus, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

Claims (25)

미리 정해진 자극 신호에 반응하는 자극 대상의 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계;
상기 결정된 파형의 자극 신호를 상기 자극 대상에 인가함으로써 측정되는 전압 파형에 기초하여, 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하는 단계;
상기 결정된 파형 및 상기 생체 임피던스에 기초하여, 자극기(stimulator)의 동작 전압을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 파형 및 상기 동작 전압에 기초하여, 상기 자극기를 제어하는 단계
를 포함하는, 자극기 제어 방법.determining a waveform of a stimulation signal for the stimulation target based on a biofeedback of the stimulation target in response to a predetermined stimulation signal;
calculating the bio-impedance of the stimulation target based on a voltage waveform measured by applying the stimulation signal of the determined waveform to the stimulation target;
determining an operating voltage of a stimulator based on the determined waveform and the bioimpedance; and
controlling the stimulator based on the determined waveform and the operating voltage
A method for controlling a stimulator, comprising: 제1항에 있어서,
상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계는
상기 미리 정해진 자극 신호의 자극 세기 및 자극 시간을 조절하여 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계를 포함하는, 자극기 제어 방법.According to claim 1,
The step of determining the waveform of the stimulation signal for the stimulation target is
and determining a waveform of the stimulation signal for the stimulation target by adjusting the stimulation intensity and stimulation time of the predetermined stimulation signal. 제1항에 있어서,
상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계는
미리 정해진 최대 자극 시간 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 세기를 결정하는 단계;
상기 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 시간을 결정하는 단계; 및
상기 최적 자극 세기 및 상기 최적 자극 시간에 기초하여 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는 단계
를 포함하는, 자극기 제어 방법.According to claim 1,
The step of determining the waveform of the stimulation signal for the stimulation target is
determining an optimal stimulation intensity for minimizing power consumption of the stimulator based on a bio-feedback regarding a stimulation signal based on a predetermined maximum stimulation time and progressively increasing stimulation strength;
determining an optimal stimulation time for minimizing power consumption of the stimulator based on the bio-feedback regarding the stimulation signal based on the optimal stimulation intensity and gradually increasing stimulation time; and
determining a waveform of a stimulation signal for the stimulation target based on the optimum stimulation intensity and the optimum stimulation time
A method for controlling a stimulator, comprising: 제3항에 있어서,
상기 최적 자극 세기를 결정하는 단계는
상기 미리 정해진 최대 자극 시간 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 반응하는 최초의 생체 피드백을 감지하는 단계;
상기 최초의 생체 피드백이 감지된 자극 세기를 리오베이스 전류(Rheobase current)로 결정하는 단계; 및
상기 최적 자극 세기를 상기 리오베이스 전류의 2배로 결정하는 단계
를 포함하는, 자극기 제어 방법.4. The method of claim 3,
The step of determining the optimal stimulus intensity is
detecting an initial biofeedback in response to a stimulation signal based on the predetermined maximum stimulation time and a progressively increasing stimulation intensity;
determining the stimulus intensity detected by the first biofeedback as a Rheobase current; and
determining the optimal stimulus intensity to be twice the riobase current
A method for controlling a stimulator, comprising: 제3항에 있어서,
상기 최적 자극 시간을 결정하는 단계는
상기 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 반응하는 최초의 생체 피드백을 감지하는 단계;
상기 최초의 생체 피드백이 감지된 자극 시간을 크로낙시에 시간(Chronaxie time)으로 결정하는 단계; 및
상기 최적 자극 시간을 상기 크로낙시에 시간으로 결정하는 단계
를 포함하는, 자극기 제어 방법.4. The method of claim 3,
The step of determining the optimal stimulation time is
detecting an initial biofeedback in response to a stimulus signal based on the optimal stimulus intensity and progressively increasing stimulus time;
determining the stimulation time at which the first biofeedback is sensed as Chronaxie time; and
determining the optimal stimulation time as the chronaxie time
A method for controlling a stimulator, comprising: 제1항에 있어서,
상기 자극 대상의 생체 임피던스는
상기 자극 대상의 저항(resistance) 및 전기용량(capacitance)을 포함하는, 자극기 제어 방법.According to claim 1,
The bioimpedance of the stimulation target is
Including resistance (resistance) and capacitance (capacitance) of the stimulation target, the stimulator control method. 제1항에 있어서,
상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하는 단계는
상기 전압 파형에서 제1 지점의 전압 및 제2 지점의 전압을 검출하는 단계; 및
상기 제1 지점의 전압 및 상기 제2 지점의 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 저항 및 전기용량을 계산하는 단계
를 포함하는, 자극기 제어 방법.According to claim 1,
Calculating the bioimpedance of the stimulation target comprises:
detecting a voltage at a first point and a voltage at a second point in the voltage waveform; and
Calculating the resistance and capacitance of the stimulation target based on the voltage of the first point and the voltage of the second point
A method for controlling a stimulator, comprising: 제1항에 있어서,
상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하는 단계는
상기 결정된 파형의 자극 신호에 의한 전하 주입(charge injection) 이후 측정되는 제1 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 저항을 계산하는 단계; 및
상기 결정된 파형의 자극 신호에 의한 전하 추출(charge extraction) 이후 측정되는 제2 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 전기용량을 계산하는 단계
를 포함하는, 자극기 제어 방법.According to claim 1,
Calculating the bioimpedance of the stimulation target comprises:
calculating the resistance of the stimulation target based on a first voltage measured after charge injection by the stimulation signal of the determined waveform; and
Calculating the electric capacity of the stimulation target based on a second voltage measured after charge extraction by the stimulation signal of the determined waveform
A method for controlling a stimulator, comprising: 제8항에 있어서,
상기 자극 대상의 저항은 수학식 10에 기초하여 계산되는, 자극기 제어 방법.
[수학식 10]
Figure 112017076020759-pat00009

수학식 10에서, RE는 상기 자극 대상의 저항을 나타내고, V1은 상기 제1 전압을 나타내고, VDD는 상기 자극기의 초기 동작 전압을 나타내고, ISTIM은 상기 결정된 파형에 따른 자극 세기를 나타냄.9. The method of claim 8,
and the resistance of the stimulation target is calculated based on Equation (10).
[Equation 10]
Figure 112017076020759-pat00009

In Equation 10, RE denotes the resistance of the stimulation target, V 1 denotes the first voltage, V DD denotes the initial operating voltage of the stimulator, and I STIM denotes the stimulation intensity according to the determined waveform . 제8항에 있어서,
상기 자극 대상의 전기용량은 수학식 11에 기초하여 계산되는, 자극기 제어 방법.
[수학식 11]
Figure 112022012687068-pat00010

수학식 11에서, CE는 상기 자극 대상의 전기용량을 나타내고, ISTIM은 상기 결정된 파형에 따른 자극 세기를 나타내고, TSTIM은 상기 결정된 파형에 따른 자극 시간을 나타내고, V2는 상기 제2 전압을 나타내고, VDD는 상기 자극기의 초기 동작 전압을 나타내고, RE는 상기 자극 대상의 저항을 나타냄.9. The method of claim 8,
The electric capacity of the stimulation target is calculated based on Equation (11).
[Equation 11]
Figure 112022012687068-pat00010

In Equation 11, C E represents the capacitance of the stimulation target, I STIM represents the stimulation intensity according to the determined waveform, T STIM represents the stimulation time according to the determined waveform, and V 2 is the second voltage , V DD represents the initial operating voltage of the stimulation apparatus, and RE represents the resistance of the stimulation target. 제1항에 있어서,
상기 자극기의 동작 전압을 결정하는 단계는
상기 결정된 파형 및 상기 생체 임피던스에 기초하여, 상기 자극기의 컴플라이언스 전압(compliance voltage)을 계산하는 단계; 및
상기 자극기의 동작 전압을 상기 자극기의 컴플라이언스 전압보다 높게 결정하는 단계
를 포함하는, 자극기 제어 방법According to claim 1,
The step of determining the operating voltage of the stimulator comprises:
calculating a compliance voltage of the stimulator based on the determined waveform and the bioimpedance; and
determining an operating voltage of the stimulation apparatus to be higher than a compliance voltage of the stimulation apparatus
A stimulator control method comprising 제11항에 있어서,
상기 자극기의 컴플라이언스 전압은 수학식 12에 기초하여 계산되는, 자극기 제어 방법.
[수학식 12]
Figure 112022012687068-pat00011

수학식 12에서, VC는 상기 자극기의 컴플라이언스 전압을 나타내고, ISTIM은 상기 결정된 파형에 따른 자극 세기를 나타내고, TSTIM은 상기 결정된 파형에 따른 자극 시간을 나타내고, RE는 상기 자극 대상의 저항을 나타내고, CE는 상기 자극 대상의 전기용량을 나타내고, VOV는 미리 정해진 마진 전압을 나타냄.12. The method of claim 11,
and the compliance voltage of the stimulation apparatus is calculated based on Equation (12).
[Equation 12]
Figure 112022012687068-pat00011

In Equation 12, V C represents the compliance voltage of the stimulation apparatus, I STIM indicates the stimulation intensity according to the determined waveform, T STIM indicates the stimulation time according to the determined waveform, and R E is the resistance of the stimulation target , C E represents the capacitance of the stimulation target, and V OV represents a predetermined margin voltage. 미리 정해진 자극 신호에 반응하는 자극 대상의 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하고, 상기 결정된 파형의 자극 신호를 상기 자극 대상에 인가함으로써 측정되는 전압의 파형에 기초하여, 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하고, 상기 결정된 파형 및 상기 생체 임피던스에 기초하여, 자극기(stimulator)의 동작 전압을 결정하는 컨트롤러
를 포함하는, 자극기.Based on the biological feedback of the stimulation target in response to a predetermined stimulation signal, the waveform of the stimulation signal for the stimulation target is determined, and based on the waveform of the voltage measured by applying the stimulation signal of the determined waveform to the stimulation target , a controller that calculates the bio-impedance of the stimulation target, and determines an operating voltage of a stimulator based on the determined waveform and the bio-impedance
Including, a stimulator. 제13항에 있어서,
상기 컨트롤러는
상기 미리 정해진 자극 신호의 자극 세기 및 자극 시간을 조절하여 상기 자극 대상을 위한 자극 신호의 파형을 결정하는, 자극기.14. The method of claim 13,
the controller is
The stimulation apparatus which determines the waveform of the stimulation signal for the stimulation target by adjusting the stimulation intensity and stimulation time of the predetermined stimulation signal. 제13항에 있어서,
상기 컨트롤러는
미리 정해진 최대 자극 시간 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 세기를 결정하고, 상기 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 시간을 결정하고, 상기 최적 자극 세기 및 상기 최적 자극 시간에 기초하여 상기 자극 신호의 파형을 결정하는, 자극기.14. The method of claim 13,
the controller is
Determine an optimal stimulus intensity for minimizing power consumption of the stimulator based on a bio-feedback regarding a stimulus signal based on a predetermined maximum stimulus time and progressively increasing stimulus intensity, and the optimal stimulus intensity and progressively increasing stimulus determining an optimal stimulation time for minimizing power consumption of the stimulator based on biofeedback regarding the stimulation signal based on time, and determining a waveform of the stimulation signal based on the optimal stimulation intensity and the optimal stimulation time, stimulator. 제13항에 있어서,
상기 컨트롤러는
상기 측정된 전압의 파형에서 제1 지점의 전압 및 제2 지점의 전압을 검출하고, 상기 제1 지점의 전압 및 상기 제2 지점의 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 결정하는, 자극기.14. The method of claim 13,
the controller is
A stimulator that detects a voltage at a first point and a voltage at a second point in the measured voltage waveform, and determines the bio-impedance of the stimulation target based on the voltage at the first point and the voltage at the second point . 제13항에 있어서,
상기 자극 대상의 생체 임피던스는 상기 자극 대상의 저항(resistance) 및 전기용량(capacitance)을 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 결정된 파형의 자극 신호에 의한 전하 주입(charge injection) 이후 측정되는 제1 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 저항을 계산하고, 상기 결정된 파형의 자극 신호에 의한 전하 추출(charge extraction) 이후 측정되는 제2 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 전기용량을 계산하는, 자극기.14. The method of claim 13,
The bioimpedance of the stimulation target includes resistance and capacitance of the stimulation target,
The controller calculates the resistance of the stimulation target based on a first voltage measured after charge injection by the stimulation signal of the determined waveform, and performs charge extraction using the stimulation signal of the determined waveform. Then, based on the second voltage measured, the stimulation device for calculating the capacitance of the stimulation target. 제13항에 있어서,
상기 자극 대상의 측정 포인트에서 상기 생체 피드백을 검출하는 피드백 검출기를 더 포함하는, 자극기.14. The method of claim 13,
The stimulator further comprising a feedback detector for detecting the bio-feedback at the measurement point of the stimulation target. 제13항에 있어서,
상기 미리 정해진 자극 신호 및 상기 결정된 파형의 자극 신호 중 적어도 하나를 상기 자극 대상에 인가하는 디지털 아날로그 변환기; 및
상기 디지털 아날로그 변환기에 상기 자극기의 동작 전압을 공급하는 전원 공급기
를 더 포함하는, 자극기.14. The method of claim 13,
a digital-to-analog converter for applying at least one of the predetermined stimulation signal and the stimulation signal of the determined waveform to the stimulation target; and
A power supply for supplying an operating voltage of the stimulator to the digital-to-analog converter
Further comprising, a stimulator. 제13항에 있어서,
상기 결정된 파형의 자극 신호가 상기 자극 대상에 인가됨에 따라 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기를 더 포함하는, 자극기.14. The method of claim 13,
The stimulation apparatus further comprising a voltage measuring device for measuring a voltage generated when the stimulation signal of the determined waveform is applied to the stimulation target. 검출 자극 신호에 반응하는 자극 대상의 생체 피드백을 검출하는 피드백 검출기;
상기 검출된 생체 피드백에 기초하여 최적 자극 신호의 파형을 결정하는 컨트롤러;
상기 최적 자극 신호가 상기 자극 대상에 인가됨에 따라 발생되는 전압을 측정하는 전압 측정기; 및
상기 측정된 전압에 기초하여 결정된 자극기(stimulator)의 동작 전압을 제공하는 전원 공급기
를 포함하는 자극기.a feedback detector that detects bio-feedback of the stimulation target in response to the detection stimulation signal;
a controller that determines a waveform of an optimal stimulation signal based on the detected biofeedback;
a voltage measuring device for measuring a voltage generated when the optimal stimulation signal is applied to the stimulation target; and
a power supply providing an operating voltage of a stimulator determined based on the measured voltage
A stimulator comprising a. 제21항에 있어서,
상기 컨트롤러는
상기 검출 자극 신호의 자극 세기 및 자극 시간을 조절하여 상기 최적 자극 신호의 파형을 결정하는, 자극기.22. The method of claim 21,
the controller is
The stimulator determines the waveform of the optimal stimulation signal by adjusting the stimulation intensity and stimulation time of the detected stimulation signal. 제21항에 있어서,
상기 컨트롤러는
상기 측정된 전압의 파형에 기초하여 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 계산하고, 상기 최적 자극 신호의 파형 및 상기 생체 임피던스에 기초하여 상기 동작 전압을 결정하는, 자극기.22. The method of claim 21,
the controller is
The stimulator calculates the bio-impedance of the stimulation target based on the measured voltage waveform, and determines the operating voltage based on the waveform of the optimal stimulation signal and the bio-impedance. 제21항에 있어서,
상기 컨트롤러는
미리 정해진 최대 자극 시간 및 점진적으로 증가하는 자극 세기에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 세기를 결정하고, 상기 최적 자극 세기 및 점진적으로 증가하는 자극 시간에 기초한 자극 신호에 관한 생체 피드백에 기초하여, 상기 자극기의 전력 소모를 최소화하기 위한 최적 자극 시간을 결정하고, 상기 최적 자극 세기 및 상기 최적 자극 시간에 기초하여 상기 자극 신호의 파형을 결정하는, 자극기.22. The method of claim 21,
the controller is
Determine an optimal stimulus intensity for minimizing power consumption of the stimulator based on a bio-feedback regarding a stimulus signal based on a predetermined maximum stimulus time and progressively increasing stimulus intensity, and the optimal stimulus intensity and progressively increasing stimulus determining an optimal stimulation time for minimizing power consumption of the stimulator based on biofeedback regarding the stimulation signal based on time, and determining a waveform of the stimulation signal based on the optimal stimulation intensity and the optimal stimulation time, stimulator. 제21항에 있어서,
상기 컨트롤러는
상기 측정된 전압의 파형에서 제1 지점의 전압 및 제2 지점의 전압을 검출하고, 상기 제1 지점의 전압 및 상기 제2 지점의 전압에 기초하여, 상기 자극 대상의 생체 임피던스를 결정하는, 자극기.22. The method of claim 21,
the controller is
A stimulator that detects a voltage at a first point and a voltage at a second point in the measured voltage waveform, and determines the bio-impedance of the stimulation target based on the voltage at the first point and the voltage at the second point .
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